Trombín alebo Faktor IIa (FIIa) je enzým zo skupiny serínových proteáz, ktorý hrá kľúčovú úlohu v procese zrážania krvi (hemokoagulácie). Jeho najdôležitejšou úlohou v tomto procese je štiepiť fibrinogén a tým ho zmeniť z tekutej formy na vláknitú formu nazývanú fibrín. Neaktívna forma trombnu sa označuje ako protrombín alebo Faktor II. Trombín tiež aktivuje faktor VIII, ktorý tento vláknitý fibrín pospája do siete zachytávajúcej krvné telieska a tým zastavujúcej krvácanie. Okrem toho trombín plní ešte množstvo ďalších, sčasti pravdepodobne aj nepreskúmaných úloh a jeho účinky môžu byť v závislosti od podmienok tak koagulačné, ako aj antikoagulačné (protizrážanlivé).
Trombín patrí do chymotrypsínovej rodiny, čo je veľká skupina enzýmov, ktorá zahŕňa enzýmy zúčastňujúce sa procesov trávenia, krvnej koagulácie, bunkami sprostredkovanej imunity a bunkovej smrti, fibrinolýzy (rozkladu fibrínu), oplodnenia a embryonálneho vývoja. Do spustenia procesu hemokoagulácie sa v krvi nachádza v neaktívnej forme, ako tzv. protrombín, aby nedochádzalo k tvorbe krvných zrazenín vo vnútri ciev a k ich upchávaniu. Protrombín na aktívnu formu premení štiepenie vykonané komplexom formujúcim sa v procese hemokoagulácie, tzv. protrombokinázovým komplexom.
V aktívnej forme trombín pozostáva z dvojice polypeptidových reťazcov: ľahkého (A) s dĺžkou 36 aminokyselinových zvyškov a ťažkého (B) reťazca s dĺžkou 259 aminokyselinových zvyškov. Tieto reťazce sú spojené disulfidickými väzbami, čo je druh chemickej väzby tvoriacej sa medzi zvyškami dvoch aminokyselín cysteín. Aktivovaný trombín štiepi každý polypeptidový reťazec s poradím aminokyselín Leu-Val-Pro-Arg-Gly-Ser (LVPRGS) medzi zvyškami aminokyselín arginín a glycín. Táto vlastnosť mu okrem už uvedeného štiepenia fibrinogénu a aktivácie faktora VIII umožňuje aktivovať koagulačné faktory V, VII, XI a XIII; fibrinolytický inhibítor (TAFI) a proteázovo aktivované receptory PAR1 a PAR4. Efektívnosť týchto reakcií zvýši väzba sodíkového iónu (Na+) na špecifické, Na-väzobné miesto v trombíne. Celkove trombín štiepi dvanásť rôznych substrátov za asistencie piatich kofaktorov.
Trombín, tak ako aj ostatné koagulačné faktory, v krvi cirkuluje v inaktívnej forme ako protrombín. V ľudskej krvi má protrombín koncentráciu 100 μg/ml až 150 μg/mlYONEMURA, H., IMAMURA, T., SOEJIMA, K., NAKAHARA, Y., MORIKAWA, W., USHIO, Y., KAMACHI, Y., NAKATAKE, H., SUGAWARA, K., NAKAGAKI, T., NOZAKI, C. 2004. Preparation of recombinant α-thrombin: high-level expression of recombinant human prethrombin-2 and its activation by recombinant ecarin. In J. Biochem. ISSN 0021-924X, 2004, roč. 135, č. 5, s. 577-582 a polčas jeho rozpadu je 72 hodín.MICHELSON, A. D. Platelets. 2. vydanie. BAHOU, W. F. Hardbound: Elsevier Inc., 2007. ISBN 978-0-12-369367-9. Thrombin Receptors. s. 179-200 Nedostatočné množstvo trombínu v krvi vedie k nekontrolovateľnému krvácaniu, nadmerné množstvo trombínu spôsobuje trombózu.HUNTINGTON, J. A, 2011: Thrombin plasticity. In Biochimica et Biophysica Acta. ISSN 0006-3002, 2011, s. 3-7. Preto je trombín využívaný tiež v chirurgii ako prostriedok na kontrolu krvácania pri chirurgických zákrokoch.
Protrombín sa tvorí v pečeni, ktorá je tiež hlavným miestom vzniku ďalších koagulačných faktorov.
Úloha v organizme
Koagulačná kaskáda je séria chemických reakcií, ktorej sa okrem trombínu zúčastňuje viacero serínových proteáz. Serínové proteázy sú enzýmy, ktoré sú schopné štiepiť proteínové reťazce a túto vlastnosť im dodáva zvyšok aminokyseliny serín nadviazanej v ich aktívnom mieste. V koagulačnej kaskáde sú aktivované proenzýmy (neaktívne formy enzýmov) serínových proteáz a partneri potrební pre ich správnu funkciu – pro-kofaktory. Tieto pro-kofaktory majú na sebe nadviazané sacharidové (cukorné) zložky, preto ich nazývame glykoproteíny. Aktivácia serínových proteáz a kofaktorov slúži na to, aby mohli spustiť ďalší stupeň kaskády. Aktivované faktory sa označujú malým písmenkom "a". Výsledkom týchto procesov je vytvorenie fibrínovej siete, ktorá zachytí krvné telieska a tým zastaví krvácanie. Trombín má v tomto procese rôznorodé účinky, ktoré sú tak koagulačné, ako aj antikoagulačné. Štiepi štyri väzby na inaktívnom plazmatickom proteíne fibrinogéne, čím ho premení na aktívny fibrín. Ďalej stabilizuje sieť fibrínových vlákien aktiváciou fibrínového krížového stabilizátora (faktor XIII), inhibuje rozpad (lýzu) fibrínu aktivovaním faktora TAFI, stimuluje agregáciu krvných doštičiek a aktivuje faktory V, VIII, XI, a XII I, ktoré sa takisto podieľajú na hemokoagulácii.HARVISON, P. J. Thrombin as an Agent. University of the Sciences in Philadelphia, Philadelphia, United States, 2008.
Spomenuté funkcie možno u trombínu označiť za základné. Okrem toho hrá trombín úlohu v regulácii aktivity proteínu C, ktorý sa zúčastňuje antikoagulácie, pretože je inhibítorom faktorov VIII a V. Antikoagulačná funkcia trombínu je pod kontrolou kofaktora trombomodulínu.DI CERA, E. 2008. Thrombin. In Mol. Aspects. Med. ISSN 0098-2997, 2008, roč. 29, č. 4, s. 203-254 Trombín ďalej štiepi osteopontín, ktorý reguluje chronické zápalové a cievne ochorenia,SCATENA, M., LIAW, L., GIACHELLI, C. M., 2007. Osteopontin: a multifunctional molecule regulating chronic inflammation and vascular disease. In Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. ISSN 1049-8834, 2007, roč. 27, č. 11, s. 2302-2309 spúšťa chemotaxiu monocytov, je schopný podporovať migráciu buniek cez extracelulárnu matrix, čo má význam pri embryogenéze a metastáze tumorov, a má adhezívne schopnosti v závislosti od jeho RGD sekvencie.PAPACONSTANTINOU, M. E., CARRELL, C. J., PINEDA, A. O., BOBOFCHAK, K. M., MATHEWS, F. S., FLORDELLIS, C. S., MARAGOUDAKIS, M. E., TSOPANOGLOU, N. E., DI CERA, E., 2005. Thrombin functions through its RGD sequence in a non-canonical conformation. In J. Biol. Chem. ISSN 0021-9258, 2005, roč. 280, č. 33, s. 29393–29396.
Koagulačná kaskáda hemostázy sa rozdeľuje na dve cesty: jedna je aktivovaná kontaktom (vnútorná cesta) a druhá tkanivovým faktorom (vonkajšia cesta). Obe vedú k tvorbe fibrínu. Primárna cesta spustenia koagulácie je cesta tkanivového faktora. Regulácia aktivity trombínu je veľmi dôležitá pre stálosť prostredia v krvi a ako prevencia pred trombózou, čiže patologickou tvorbou krvných zrazenín.JOHNSON, D. J., ADAMS, T. E., LI, W., HUNTINGTON, J. A. 2005. Crystal structure of wild-type human thrombin in the Na+-free state. In Biochem. J. ISSN 0264-6021, 2005, roč. 392, č. 1, s. 21–28 V procese kaskády, ktorá začína uvoľnením tkanivového faktora (FIII alebo TF) z poškodenej cievy, sa na FIII naviaže na faktor VII, prokonvertín, ktorý následne aktivuje.FAIR, D. S., MACDONALD, M. J. 1987. Cooperative interaction between factor VII and cell surface-expressed tissue factor. In J. Biol. Chem. ISSN 0021-9258, 1987, roč. 262, č. 24, s. 11692–11698 Tým vznikne komplex dvoch enzýmov (TF-FVIIa), ktorý v prítomnosti vápenatých iónov rozštiepi malé množstvá faktoru X na faktor Xa, čiže na jeho aktívnu formu.GAILANI, D., BROZE, G. J. 1991. Factor XI activation in a revised model of blood coagulation. In Science. ISSN 0036-8075, 1991, roč. 253, č. 5022, s. 909-912 Ten, opäť len v prítomnosti vápenatých iónov a súčasne aj fosfolipidov, zabezpečí hromadnú premenu protrombínu (FII) na trombín (FIIa). FXa v spojení s kofaktorom FVa, vápenatými iónmi a fosfolipidmi sa označujú ako protrombinázový komplex.MANN, K. G., BUTENAS, S., BRUMMEL, K. 2003. The dynamics of thrombin formation. In Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. ISSN 1049-8834. 2003, roč. 23, s. 17–25 Vápnik slúži na to, aby naviazal komplex cez koncové gama-karboxylové zvyšky, ktoré obsahujú FXa a FIXa, na fosfolipidový povrch doštičiek a prokoagulačných mikročastíc (mikrovezikúl), ktoré sa od nich oddeľujú. Samotný faktor Xa bez prítomnosti zvyšku protrombokinázového komplexu rozštiepi iba väzbu medzi aminokyselinami Arg-1 a Thr1, čím z pôvodného protrombínu odštiepi jednoreťazcový prekurzor trombínu označovaný ako pretrombín-2. Len v prítomnosti faktora Va, vápnika a fosfolipidov vykoná faktor Xa aj druhé štiepenie medzi aminokyselinami Arg49-Ile50, čím protrombín zmení na trombín.
Trombín zabezpečí svoju pozitívnu spätnú reguláciu tým, že aktivuje trombocyty, ktoré viažu cirkulujúci komplex FIII-FVIIa a ten je schopný ďalej aktivovať faktor FX, ktorý aktivuje ďalší trombín.HEFFERNAN, J. K., PONCE, R. A., ZUCKERMAN, L. A., VOLPONE, J. P., VISICH, J., GISTE, E. E., JENKINS, N., BOSTER, D., PEDERSON, KNITTER, G. S., PALMER, T., WILLS M., EARLY, R. J. ROGGE, M. C. 2006. Preclinical safety of recombinant human thrombin. In Regulatory Toxicology and Pharmacology. 2006, s. 48–58 Komplex FIII-FVIIa okrem toho aktivuje aj FIXa, ktorý po stretnutí s kofaktorom VIIIa iniciuje ďalšiu tvorbu FXa, čím uzatvára cyklus.HOUGIE, C., DENSON, K. W., BIGGS, R. 1967. A study of the reaction product of factor VIII and factor IX by gel filtration. In Thromb. Diath. Haemorrh. ISSN 0375-9997, 1967, roč. 18, č. 1-2, s. 211–222 Cesta kontaktnej, respektíve vnútornej aktivácie začína kontaktom krvi s kolagénom v poškodenej stene cievy. Na kolagéne vzniká primárny komplex medzi HMWK (kininogén s vysokou molekulárnou hmotnosťou), prekallikreínom a FXII. Prekallikreín sa premieňa na kallikreín a aktivuje sa FXII, ktorý následne aktivuje FXI. FXIa aktivuje FIX, ktorý so svojím kofaktorom FVIIIa tvorí tenázový komplex a ten premení FX na FXa. Cesta kontaktnej aktivácie v spúšťaní krvného zrážania je druhotná, čo sa prejavuje tým, že pacienti s veľkým nedostatkom FXII, HMWK a prekallikreínu nemajú zvýšenú krvácavosť. V obidvoch prípadoch, pri aktivácii kontaktnou cestou aj pri aktivácii cestou tkanivového faktora, je koagulačná kaskáda udržiavaná v protrombotickom stave priebežnou aktiváciou FVIII a FIX, ktoré tvoria tenázový komplex, kým nie sú potlačené antikoagulačnými cestami. Vitamín K je nenahraditeľný kofaktor pečeňovej gama-glutamylkarboxylázy, ktorý pridáva karboxylovú skupinu zvyškom kyseliny glutámovej na faktoroch II, VII, IX a X a tiež na proteíne S, proteíne C a proteíne Z.
Špecificita trombínu je primárne regulovaná väzbou na trombomodulín (kofaktor TM) a prítomnosťou sodíkových iónov.. Trombomodulín, ktorý sa nachádza na povrchu endoteliálnych buniek, mení koagulačné účinky trombínu na antikoagulačné a to tým, že zvýši jeho substrátovú špecificitu na proteín C. Proteín C po svojej aktivácii hydrolyzuje FVa a FVIIIa, čím zastaví tvorbu trombínu. Táto komplexná sieť trombínových aktivít je koordinovaná cez exosites na povrchu trombínu. Okrem toho trombomodulín inhibuje schopnosť trombínu zrážať fibrinogén a aktivovať FV.ESMON, N. L., OWEN, W. G., ESMON, C. T. 1982. Isolation of a membrane-bound cofactor for thrombin-catalyzed activation of protein C. In J. Biol. Chem. ISSN 0021-9258, 1982, roč. 257, č. 2, s. 859-864 V krvnej plazme je aktivita trombínu inhibovaná jeho väzbou na antagonistu antitrombín III, ktorý zahŕňa viac než 80 % trombínových antagonistov. Antitrombín III a heparínový kofaktor II sú tiež inhibítory serínových proteáz, a preto regulujú aktivitu trombínuROSENBERG, R. D., DAMUS, P. S. 1973. The purification and mechanism of action of human antithrombin-heparin cofactor. In J. Biol. Chem. ISSN 0021-9258, 1973, roč. 248, č. 18, s. 6490-6505TOLLEFSEN, D. M., MAJERUS, D. W., BLANK, M. K. 1982. Heparin cofactor II. Purification and properties of a heparin-dependent inhibitor of thrombin in human plasma. In J. Biol. Chem. ISSN 0021-9258, 1982, roč. 257, č. 5, s. 2162-2169 K inhibícii trombínu vedie aj aktivácia proteínu C, pretože ten inhibuje faktory V a VIII a zastavuje tak tvorbu nového trombínu. Aktívny trombín je odbúravaný rýchlo, aby nedošlo k nadmernej hemokoagulácii a zachovala sa priechodnosť ciev.